模块10 软弱地基处理

模块10

软弱地基处理任务1概述

土木工程建设中，当天然地基不能满足建（构）筑物对地基强度或变形或稳定性的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。这种地基加固改良称为地基处理。1.地基处理技术的发展概述故宫概述小雁塔概述长城宁夏固原的秦长城遗址洛阳万安桥

概述2.地基常需解决的问题压缩及不均匀沉降问题。强度及稳定性问题。渗流和渗透稳定问题。动力荷载引起的液化、震陷等灾害问题。区域性特殊土的不良特性问题。概述地基薄弱违规加盖

，郑州七层楼房坍塌

。广东省潮州火车站建在土质软弱、淤泥层十分深厚的地层上，造成了大面积的地面沉降，并引起上部结构损坏

概述上海市地铁4号线事故引起地面沉降概述地震后的唐山市区概述唐山市胜利桥开滦煤矿医院

唐山市青年宫

天津旭日化工厂高26米的水塔

丰南火车站铁轨

概述概述

膨胀土地裂缝岩溶地面塌陷

黄土湿陷概述3.地基处理的目的（1）改善地基的剪切性能、提高地基承载力及其稳定性。（2）改善地基的变形性质、减少其沉降及不均匀沉降变形量。（3）改善地基的渗透性、加强其渗透稳定性。（4）改善地基的动力特性、提高其抗震性能。（5）改善地基的不良特性、满足其工程的需要。概述4.地基处理的对象

1）淤泥土与淤泥质土---简称软土淤泥:孔隙比e>1.5,w>wl(Il>1.0)淤泥质土:孔隙比e=1.0~1.5,w>wl(Il

>1.0)工程特性*高含水量w=40~90%*高压缩性a>0.5~3.0MPa-1*低强度cu<30kPa，φ

≈0

*低渗透性k=10-6~10-8cm/s，固结过程长*高结构性St

>4

泥炭,泥炭质土：有机含量>25%

2）填土概述

杂填土：人类活动所形成的无规则堆积物。如建筑垃圾、工业废料及生活垃圾等。主要特性：强度低，压缩性高，不均匀，不稳定。

冲填土：利用水力将泥砂冲填到岸边形成的沉积土。主要特性：含粘粒多的细、呈流动状态，低强度、高压缩且欠固结；以粉土或粉细砂为主的，则容易产生液化。概述

３）其他特殊土：

湿陷性黄土：湿陷性

膨胀土：胀缩性

红粘土：特殊结构性

岩溶、土洞：塌陷振动挤密法换填法碾压与夯实换土垫层法振冲挤密灰土挤密重锤夯实机械碾压振动压实强夯堆载预压砂井（塑料排水板）预压真空预压按作用机理排水固结法井点降水沉桩挤密爆破挤密

任务2.地基处理方法其他方法置换及拌入灌浆托换振冲置换冲抓置换深层搅拌石灰桩土工合成材料锚杆（索）树根桩按作用机理加筋法加筋土冻结纠偏高压喷射注浆任务4换填垫层法

当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换土垫层法，简称垫层法。

定义软土垫层深厚软土深厚软土软土地基沉降太大、强度不足垫层法地基处理过程示意垫层法垫层的类型按垫层材料分

砂垫层

砂卵石垫层

碎石垫层

素土垫层

灰土垫层

粉煤灰垫层

矿渣垫层适用范围：软弱地基的浅层处理。垫层法垫层的主要作用

不同材料的垫层,其作用也各不相同。1）提高持力层的承载力：高强度材料置换软弱土，强度提高；

2）减少地基的沉降量：基础下浅层土的压缩占基础总沉降的

比例较大，低压缩性材料置换高压缩性土，减少沉降；

3）加速软土的排水固结：透水性大且性能稳定材料做垫层，

可加速软土的排水固结，提高地基强度；

4）防止地基土的冻胀：采用粗粒土使土中水分不能迁移；

5）消除膨胀土的胀缩性。采用素土或灰土垫层消除黄土的湿陷性回填土垫层法垫层的设计设计的基本要求

既要求有足够的厚度置换可能剪切破坏的软弱土层，并使通过垫层扩散到软土层的附加应力，满足软土层强度和变形的要求；又要求有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。设计的主要内容确定其断面的合理厚度和宽度。b′dz垫层法砂垫层设计的步骤1)垫层厚度的确定要求:

作用在垫层底面处土的自重应力σcz与附加应力σz之和不大于垫层底面下土的承载力。软弱下卧土层经深度修正的承载力特征值cdp0回填土dzCZzbZp0回填土b′=b+2ztandzCZzcdbZ垫层法z的简化计算压力扩散角法条形基础矩形基础σcd=γmd垫层法

试算法确定垫层厚度

（1）初定z为1~2m；

（2）计算垫层底面处的σcz和σz；

（3）按式σcz+σz≤

faz

验算；

若不满足要求则重新取值，直到满足要求为止。

垫层厚度不宜>3m，垫层也不宜<0.5m。

cdp0回填土dzCZzbZ垫层法2)垫层宽度的确定要求:（1）满足应力扩散的要求；（2）防止垫层侧向挤出。宽度计算

按地区经验或压力扩散角法回填土b′≥

b+2ztandzzb

垫层底宽：垫层顶宽：按开挖坡度确定垫层法垫层材料的选择

（1）砂石：宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、

中砂或石屑（粒径<2mm的部分不应超过总重的45％）,

应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉

细砂时，应掺入不少于总重30％的碎石或卵石。砂石

的最大粒径不宜大于50mm。

（2）粉质粘土：土料中有机质含量不得超过5％，当含有碎

石时，粒径不宜大于50mm。（3）其他材料：如灰土、粉煤灰、矿渣等。

注意：

砂垫层不宜用于处理

湿陷性黄土地基

垫层法垫层施工要点

（1）关键是如何将砂土加密到设计要求的密实度。加密方法

可采用机械碾压法、重锤夯实法和平板振动法。应根据

不同的换填材料选择施工机械。

（2）分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。一般

情况下，垫层的分层铺填厚度可取200～300mm

。（3）基坑开挖时应避免坑底土层受扰动。（4）作好基坑的排水工作，必要时应采取降低地下水位的措

施。采用振实时，应保证水源补给与排水畅通，水面宜

保持与砂面齐平。羊足碾振动平胎碾平滑鼓型振动碾Vibrocompactionforsand平滑鼓型振动碾振动平板碾振动平板碾任务5预压法

在建筑物建造以前，对天然地基或已设置各种排水体的地基施加预压荷载，使土体中的孔隙水排出，地基逐渐固结沉降，同时强度逐步提高的方法。又称排水固结法。

定义

饱和粘性土地基的固结是加压和排水两种作用效应的结果。排水固结法

条件排水系统排水固结法加压系统作用主要是改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。作用主要是使地基土的固结压力增加而产生固结，达到提高强度，减少沉降的目的。充分条件必要条件排水系统加压系统竖向排水体系堆载法真空法降水法联合法排水固结水平排水体系电渗法排水固结法普通砂井塑料排水板袋装砂井砂垫层土工合成材料排水固结法

土层的排水效果与其排水边界条件有关，当饱和土厚度不大时，土中孔隙水向上下透水层（水平排水层）排出使土体固结，称为竖向排水固结；为加速土的固结，最有效的办法是增加排水途径，缩短排水距离，即设置竖向排水体系（砂井、塑料排水板等）。粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比塑料排水带施工实况一

塑料排水带施工实况二

袋装砂井施工实况一

袋装砂井施工实况二

砂垫层施工实况

排水固结法预压方法（1）堆载预压（2）降水预压增加有效应力（3）真空预压密封层排水固结法排水固结法加载过快会失稳

排水固结法堆载预压法’-u排水固结法真空预压法

利用大气压力作为预压荷载，即在需加固地基表面铺设一层透水砂垫层，然后设置竖系向排水管道，再用不透气封闭膜使其与大气隔绝，通过垫层内埋设的吸水管进行抽气，使其形成真空的负压界面，逐渐吸出土中孔隙水，从而达到预压效果。砂垫层铺筑

塑料排水板施工

布置抽真空主滤管

铺设密封膜

回填密封沟并压实

抽真空系统安装

挤密法是采用振动、冲击等方法成孔，然后向孔内填砂、石、土、石灰或其他材料，再加以振实形成较大桩体对地基土产生横向挤密作用的方法。按填入的材料可分为砂石桩、土桩（或灰土桩）和石灰桩等。任务６深层挤密法

一、灰土挤密桩法和土挤密桩法

灰土桩法和土桩大都是利用成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内土被挤向周围，使桩间土挤密，然后将灰土或素土（粘性土）分层填入桩孔内，并分层夯填密实至设计标高。前者称为灰土挤密桩法，后者称为土挤密桩法。适用范围

处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基。可处理地基的深度为5～15m。当地基土的含水量大于24％、饱和度大于65％时，不宜选用灰土挤密桩法或土挤密桩法。

挤密桩法

沉管（锤击、振动）成孔、冲击成孔

沉管：封口或者活瓣；打入，加料，拔出；振动,锤击材料：土桩(原位粘性土再夯入)；灰土桩(体积比消石灰:土2:8或3:7)

二灰桩(加粉煤灰)振动器

挤密桩法

加固机理1.挤密作用土(灰土、二灰)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。相邻两桩挤密区交界处挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大，且桩间土的密度变得均匀，桩距越小，叠加效果越显著。

挤密桩法

加固机理2.灰土性质作用灰土桩是用石灰和土按一定体积比拌和，并在孔内夯实加密后的桩。这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性，由于石灰内带正电荷钙离子与带负电荷粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚并随灰土龄期增长，土体固化作用提高，使土体强度逐渐增加。在力学性能上，可提高地基承载力，消除湿陷性，减小沉降量和使沉降均匀。

挤密桩法

主要特征1.土（灰土、二灰）桩挤密法是横向挤密，但同样可达到所要求加密处理后的最大干密度；

2.与土垫层相比无需开挖回填，节约了工作量。比换填法缩短工期约一半；

3.由于不受开挖和回填的限制，一般处理深度可达12~15m；

4.由于填入桩孔的材料可就地取材，造价低，尤其利用粉煤灰可变废为宝，取得很好的效益。

挤密桩法

孔位布置sdsd布置方式：梅花形正方形

砂桩法

砂桩于19世纪30年代起源于欧洲。20世纪50年代后期，日本产生了振动式和冲击式的施工方法，处理深度可达30m。砂桩技术自20世纪50年代引进我国后，在工业与民用建筑、交通、水利等工程建设中得到了应用。适用范围

处理松散砂土、粉土、非饱和低塑性粘性土、素填土、杂填土等和对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程，还可处理可液化地基。概述砂塞砂料砂桩套管定位挤密砂桩施工

砂桩法

加固原理一、在松散砂土中的作用（1）挤密作用；（2）振密作用。二、在软粘土中的作用（1）置换作用；（2）排水作用。

砂桩法

砂桩用途

（1）在松散砂土中，可用于增大相对密度，防止振动液化。（2）在软粘土中，可用于提高地基承载力，加速固结沉降，改善地基的整体稳定性。

砂桩法

南水北调穿黄工程北岸渠道基础上部地层为粉砂、细砂，呈松散状态，地下水位较高，地基土存在砂土震动液化问题，且浅表层砂壤土，粉细砂承载能力较低，渠基采取挤密砂桩加固处理。渠道基础挤密砂桩工程量约34万米，采用φ600毫米、φ800毫米两种桩机设备施工。

碎石桩法

用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，再将碎石挤入土中形成大直径由碎石所构成的密实桩体的方法，称为碎石桩法。施工方法干振挤密碎石桩法沉管碎石桩法振冲碎石桩法沉管夯扩碎石桩法袋装碎石桩法等

振冲法是采用振动器强烈振动和压力水冲贯入到土层深处，使松砂地基加密，或在软弱土层中填入碎石等无粘性粗粒材料形成密实的桩体，并和原地基土组成复合地基的地基处理方法。

碎石桩法

振动水冲法设备：振冲器

d=270~420mm,l=2~3m,G=8~20kN原理:

振:偏心轮旋转,振动加密,使颗粒移动冲:高压水从中间穿过,使土颗粒振浮，液化固结振冲法

振冲法1.振冲加密作用振冲法加固回填砂土地基

在松散砂土中，可用于增大相对密度，防止振动液化。

振冲法2.振冲置换作用

在软粘土中，可用于提高地基承载力，加速固结沉降，改善地基的整体稳定性。注意:处理的软粘土不排水强度应≥20kPa。强制置换

振冲法

施工

水泥粉煤灰碎石桩法

由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合形成高粘结强度桩（又称CFG桩），并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。

CFG桩法受力特性(1)桩土共同作用(2)桩土荷载分担(3)桩间土应力分布土下沉土反力

CFG桩法

CFG桩法

CFG桩法CFG桩化学加固法是指利用水泥浆、黏土浆或其他化学浆液，通过机械搅拌、高压喷射等方法注入土中，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善土的物理、力学性质的地基处理方法。任务７化学加固法深层水泥搅拌法

水泥搅拌桩法是以水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂（浆液或粉体）和地基土强制搅拌，由固化剂与软土间所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。水泥搅拌桩法水泥浆搅拌法---深层水泥搅拌法粉体喷射搅拌法---干喷法深层搅拌的工艺流程图深层水泥搅拌法水泥搅拌机深层水泥搅拌法三轴水泥搅拌机深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法

应用高压喷射注浆法

高压喷射注浆法又称旋喷法，它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后,高压脉冲泵（工作压力在20MPa以上），将水和浆液通过钻杆下端的喷射装置形成高压射流喷射出来,冲击破坏土体,同时钻杆以一定速度渐渐向上提升,使浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后在土中形成水泥土加固体的地基处理方法。旋喷法喷射注浆施工顺序

a-开始钻进b-钻进结束c-高压悬喷开始d-喷嘴边旋转边提升e-悬喷结束高压旋喷注浆三种方法单管旋喷注浆(浆液)二重管旋喷注浆(浆液+气体)三重管旋喷注浆(水+气体+浆液)旋喷法旋喷法高压喷射注浆三种型式1.旋转喷射注浆；2.定向喷射注浆；3.摇摆喷射注浆；高压旋喷桩施工现场旋喷法

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水泥粉煤灰碎石桩法

由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合形成高粘结强度桩（又称CFG桩），并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。

CFG桩法CFG桩与碎石桩的区别1分类上的区别：碎石桩属于散体材料桩，

CFG桩则属于刚性桩；

2受力机制的区别：碎石桩桩身无粘结强度，

承载力与周围土的约束力有关，CFG桩可在

全长范围内受力，能充分发挥桩周阻力和端承力；

3桩土应力比的区别：碎石桩桩土应力比一般为1.5～4.0，而CFG桩的桩土应力比较高，

一般为10～40，且有很大的可调性。

CFG桩法

1承载力提高幅度大、可调性强；

2刚性桩的性状明显；

3桩体排水作用；

4桩间土的时间效应；

5桩体强度对承载力的贡献；

6复合地基变形小。工程特性

CFG桩法1主要适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等；

2对淤泥、淤泥质土等饱和软粘土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性；

3在含水丰富、砂层较厚的地带，施工时应

防止砂层坍塌造成断桩，必要时应采取降水措施。适用范围

CFG桩法受力特性(1)桩土共同作用(2)桩土荷载分担(3)桩间土应力分布土下沉土反力

CFG桩法各组成部分的主要作用①保证桩土共同承担荷载(1)褥垫层的作用②调整桩土荷载分担比例③减小基础底面的应力集中①承担基础传来的荷载(2)桩的作用②对地基产生一定的挤密作用①置换作用(3)复合地基的作用②排水作用

CFG桩法

CFG桩法

CFG桩法CFG桩复合地基理论

一、复合地基的概念

复合地基是由基体（天然地基土体）和增强体（桩体或带形体）两部分组成，共同承受上部结构荷载并协调变形的人工地基。复合地基组成天然地基土土质桩或胶结掺料桩砂石垫层基础

复合地基

二、复合地基有两个基本特点：

（1）

复合地基是由两种刚度（或模量）不同的材料

（增强体和基体）两部分组成，是非均质和各向异

性的；（2）

复合地基在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载并

协调变形。区别于桩基础。区别于均质地基三、复合地基的分类按成桩材料分类1）散体材料桩：如砂桩、碎石桩、矿渣桩等；2）水泥土类桩：水泥搅拌桩、高压旋喷桩等；3）混凝土类桩：CFG桩、树根桩、锚杆静压桩等。按成桩后桩体的刚度（或强度）分类1）柔性桩：散体材料类桩；2）半刚